So sánh trạng thái ứng suất - biến dạng của trụ pin thành mỏng trong phân tích tuyến tính và khi có kể đến yếu tố phi tuyến hình học

Bài viết So sánh trạng thái ứng suất - biến dạng của trụ pin thành mỏng trong phân tích tuyến tính và khi có kể đến yếu tố phi tuyến hình học được thực hiện trên cơ sở phân tích sự thay đổi ảnh hưởng của Modul đàn hồi qua mác bê tông đến ứng suất trên mặt cắt cơ bản của trụ biên và tai van với các độ dày trụ biên khác nhau.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 SO SÁNH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA TRỤ PIN THÀNH MỎNG TRONG PHÂN TÍCH TUYẾN TÍNH VÀ KHI CĨ KỂ ĐẾN YẾU TỐ PHI TUYẾN HÌNH HỌC Nguyễn Văn Xuân1 , Nguyễn Cảnh Thái2 , Nguyễn Ngọc Thắng2 TT Chính sách Kỹ thuật Thủy lợi, Tổng Cục Thủy lợi, email: Bantotmr@gmail.com Trường Đại học Thủy lợi, email: ncanhthai@tlu.edu.vn; nnthang@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Trong phân tích tuyến tính tốn này, mối quan hệ đại lượng biến dạng chuyển vị hàm bậc Mặt cắt ngang không thay đổi thơng số hình học suốt q trình chịu tải, chưa phản ánh làm việc kết cấu Trong phân tích phi tuyến hình học, mối quan hệ biến dạng chuyển vị phi tuyến: {ε} = [D(u)]{u} (1) (trong đó, [D(u)] hàm vec tơ chuyển vị nút {u} tương ứng) Phương trình hệ thống cho phần tử tốn phi tuyến hình học {dF} = [Ke + Km + Kg]{dΔ} (2) (trong đó, {dF} số gia vec tơ lực quy nút, {dΔ} số gia véc tơ chuyển vị nút, Ke ma trận độ cứng đàn hồi, Km ma trận giảm dẻo (plastic reduction matrix), Kg ma trận độ cứng phi tuyến hình học Bài tốn phi tuyến hình học lúc thuộc nhóm tốn chuyển vị lớn (large displacement), biến dạng nhỏ (small strain) [2] Trong phạm vi báo, kết cấu bê tông mô tả vật thể đàn hồi tuyến tính, làm việc điều kiện bê tông không phá hủy (uncracked concrete conditions), so sánh trường hợp phân tích ứng xử tuyến tính phi tuyến hình học Đây điều kiện quan trọng cho cơng trình thủy cơng, thiết kế điều kiện khơng phép hình thành vết nứt [1] [3] [4] Trụ pin phận kết cấu quan trọng sử dụng cơng trình thủy cơng Với đập trụ đỡ có cửa van cung, trụ pin thuộc mố biên, trụ pin nằm hai khoang có chế độ làm việc cửa van khác nhau, vị trí tai van phải chịu lực tác dụng không đối xứng Trong công tác thiết kế, kiểm định vận hành, xác định xác trạng thái ứng suất - biến dạng vị trí có ý nghĩa quan trọng đến việc đảm bảo trì độ bền hạng mục Trường hợp hai bên trụ pin, bên đóng, cửa van đóng, cửa van mở, phân tích ứng suất toán phẳng đàn hồi chịu lực tập trung [1] Hình Trụ pin đập dâng Văn Phong Trước yêu cầu thực tế đảm bảo đa mục tiêu, kết hợp giải pháp kỹ thuật cảnh quan, toán đặt xây dựng trụ pin có thành mỏng Khi đó, biến dạng uốn có trị số lớn Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU đó, 1  2I13  9I1I2  27I3    cos     I2  3I 3/2    I1  11  22 33 Bài báo thực sở phân tích thay đổi ảnh hưởng Modul đàn hồi qua mác bê tông (BT) đến ứng suất mặt cắt trụ biên tai van với độ dày trụ biên khác Q trình phân tích thực phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH), với trợ giúp phần mềm Abaqus Mơ hình thực với chiều dày 0,5m, 1m, 2m; sử dụng phần tử C3D8R, phần tử khối chiều, nút gán cho phần tử khối solid bê tông Chuyển vị phương x, y, z đáy trụ Các điểm đo ứng suất bố trí cách 3,55m đoạn thẳng nối cối quay tai van mép I2  1122 22 33 3311 12 223 231 2 I3  112233 1123 2231 3312  2122331 (trong đó, I1 I2 , I3 bất biến trạng thái ứng suất; σ11 , σ 22 , σ 33, σ 12, σ 23, σ 31 ứng suất thành phần) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU cửa van làm việc Độ dày lưới đơn vị Đây khu vực cần xác định ứng suất để gia cường cốt thép [1] [5] 2.5m Wd Ry Rx 12.0m 17.0m Ws P ng Hình Ứng suất tương ứng BT M200, dày 0.5m 2.0m 6.0m Wn Hình Chuyển vị tương ứng BT M200, dày 0.5m Hình Mặt cắt điểm tính ứng suất Các lực tác động truyền đến cối quay tai van gồm: áp lực thủy tĩnh, áp lực thủy động, áp lực sóng, trọng lượng van Chiều sâu ngập nước 13m, chiều rộng cửa van 25m, lực tác động truyền lên cối quay tai van gồm lực chính: Rx = 1120 tấn; Ry = 137 Ứng suất tính tốn ứng suất chính, xác định hệ tọa độ Descartes sau: I1  3 I 2   3 I 3   3 1    I12  3I2 cos   4   I12  3I2 cos       I12  2    3I  cos       Hình Biến dạng tương ứng BT M200, dày 0.5m (3)  Hình Ứng suất điểm tương ứng mác BT khác nhau, dày 0.5m Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 0.001434 -7.51231 a d b e -0.0721 6.4863 1.235408 c từ điểm đến điểm 2, nội suy qua CT: (5) y  y1  3,1919.x  3, 72032 Hình Chuyển vị điểm tương ứng mác BT khác nhau, dày 0.5m KẾT LUẬN So với phân tích tuyến tính, việc tính tốn trụ pin thành mỏng có xét đến phi tuyến hình học cho kết ứng suất, biến dạng, chuyển vị chênh lệch không nhiều Mác BT nhỏ, chênh lệch ứng suất ảnh hưởng phi tuyến hình học lớn; giá trị biến dạng lớn Điểm vị trí chịu lực tập trung nên có ý nghĩa quan trọng thực tế Độ dày trụ pin giảm, chênh lệch ứng suất nguy hiểm tăng Trong trường hợp tính toán, ứng suất - biến dạng lớn điểm trụ dày 0,5m BT M200 Tại điểm này, giá trị ứng suất, biến dạng chuyển vị vượt giới hạn làm việc vật liệu, cần bổ sung cốt thép gia cường Do độ dài báo có hạn, vấn đề nghiên cứu khoanh vùng phạm vi kết cấu bê tông, tiết cốt thép xét chuyên đề khác Với cơng trình thủy cơng thuộc vùng biển, khu vực có mực nước lên xuống, xác định xác ứng suất - biến dạng vị trí giúp lựa chọn cốt thép gia cường hợp lý, chọn chiều dày lớp BT bảo vệ phù hợp đảm bảo khả chống nứt vật liệu điều kiện bị xâm thực nước biển, giúp gia tăng độ bền quy mơ cơng trình Hình Biến dạng điểm tương ứng mác BT khác nhau, dày 0.5m Hình Ứng suất điểm tương ứng mác BT độ dày khác Bảng Biến dạng điểm Đ dày m 0.5 Tr hợp tính T tính P tuyến HH chênh lệch % M200 M250 M350 M600 -3 -3 -3 -3 x 10 x 10 x 10 x 10 1.61467 1.41284 1.27955 1.09381 1.61532 1.41335 1.27997 1.09413 0.04 0.036 0.033 0.029 Bảng Chuyển vị tổng Umag nitude điểm Đ dày m 0.5 Tr hợp tính T tính P tuyến HH chênh lệch % T tính P tuyến HH chênh lệch % T tính P tuyến HH chênh lệch % M200 mm 21.9399 21.1728 -3.496 12.147 12.1117 -0.291 7.35253 7.35113 -0.019 M250 mm 19.8701 19.2365 -3.189 11.001 10.9721 -0.263 6.6589 6.65774 -0.017 M350 mm 16.9858 16.5181 -2.753 9.40412 9.38294 -0.225 5.69228 5.69144 -0.015 M600 mm 13.8568 13.5422 -2.27 7.67178 7.65766 -0.184 4.64371 4.64314 -0.012 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCVN 10400:2015, Cơng trình thủy lợi Đập trụ đỡ - u cầu thiết k ế Hà Nội, Việt Nam: Bộ Khoa học Công nghệ, 2015 [2] O.C.Zienkiewicz, R.L.Taylor, The Finite Element Method Volume 2: Solid Mechanics, 5th ed Oxford, England: Butterworth-Heinemann, 2000 [3] TCVN 4116:1985, Kết cấu bê tơng bê Có thể nội suy điểm từ giá trị tông cốt thép Thủy cơng - Tiêu chuẩn thiết kế., 1985 tuyến tính sang phi tuyến với M200, dày 0,5m: [4] MacGregor J G, Wight J K, Reinforced y  y1  a.x  b.x1  c.x1  d.x1  e (4) Concrete: Mechanics.: Prentice-Hall, 2005 (trong đó, x1 : khoảng cách từ điểm đến [5] US Army Corps of Engineers, "EM 1110-2điểm đo; y1 : ứng suất tuyến tính; y2: ứng suất 2702: Design of spillway tainter gates," phi tuyến tương ứng BT M200) Washington, 2000 ... tính, việc tính tốn trụ pin thành mỏng có xét đến phi tuyến hình học cho kết ứng suất, biến dạng, chuyển vị chênh lệch không nhiều Mác BT nhỏ, chênh lệch ứng suất ảnh hưởng phi tuyến hình học lớn;... giá trị biến dạng lớn Điểm vị trí chịu lực tập trung nên có ý nghĩa quan trọng thực tế Độ dày trụ pin giảm, chênh lệch ứng suất nguy hiểm tăng Trong trường hợp tính tốn, ứng suất - biến dạng lớn...  Hình Biến dạng tương ứng BT M200, dày 0.5m (3)  Hình Ứng suất điểm tương ứng mác BT khác nhau, dày 0.5m Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 97 8-6 0 4-8 2-2 54 8-3 0.001434 -7 .51231